一種新型燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)清洗保護技術(shù)應(yīng)用研究進展

＊武林煥 李康 孫濤 劉再滿 王雪梅

（1.甘肅省化工研究院有限責任公司 甘肅 730010 2.甘肅隴工智能清洗科技有限公司 甘肅 730070 3.西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730070）

燃氣壁掛爐使用和發(fā)展在歐洲已有近百年歷史，在德國、英國等發(fā)達國家的民用供熱市場中占絕大多數(shù)[1]。燃氣壁掛爐是在20世紀90年代中期伴隨著我國的煤改氣政策大范圍的進入了中國家庭，其發(fā)展至今走過了三十余年的歷史。由于燃煤鍋爐改燒清潔燃料和清潔的燃氣能源供應(yīng)量的不斷增加，使得民用燃氣事業(yè)蓬勃發(fā)展，眾多企業(yè)紛紛涉足燃氣壁掛爐領(lǐng)域，我國的燃氣鍋爐歷史揭開了新的一頁。

中國土木工程學(xué)會燃氣分會燃氣供熱專業(yè)委員會對2020年燃氣采暖熱水爐產(chǎn)品進行了產(chǎn)、銷量市場調(diào)查。據(jù)統(tǒng)計，2020年中國燃氣采暖熱水爐市場全年總銷量為420萬臺，相比2019年（402萬臺）增加了18萬臺，增幅4.5%。因此，隨著國內(nèi)用戶使用量逐年增多，對燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)清洗保護技術(shù)應(yīng)用逐漸受到了廣泛的關(guān)注。因此，在國內(nèi)市場中開發(fā)一種新型燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)清洗保護技術(shù)極其重要。

燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)清洗保護技術(shù)涉及眾多領(lǐng)域，包括機械、清洗、水處理及防腐蝕等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)。為此，甘肅隴工智能清洗科技有限公司聯(lián)合多家科研單位，研發(fā)出了燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)雙向循環(huán)清洗機、燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)專用清洗劑及燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)專用保護劑等系列產(chǎn)品。

可有效解決燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)因長期使用產(chǎn)生的水垢、金屬氧化物及生物黏泥混合污垢造成的換熱效率下降和管道堵塞等問題，讓燃氣壁掛爐的換熱效率一直保持在最佳狀態(tài)，從而達到節(jié)能減排和延長燃氣壁掛爐使用壽命的效果。

1.我國燃氣壁掛爐的使用環(huán)境

續(xù)表

我國燃氣壁掛爐采暖用戶大部分集中在北方，在整個壁掛爐采暖系統(tǒng)中，水是傳遞熱量的介質(zhì)，其在壁掛爐、管道、分水器、外部散熱設(shè)備中流動。而燃氣壁掛爐采用分戶采暖模式，以家庭為單元，家庭中壁掛爐中的循環(huán)水基本都是當?shù)氐淖詠硭?/p>

燃氣壁掛爐國家并沒有規(guī)定循環(huán)水的水質(zhì)標準，但是工業(yè)鍋爐和燃氣壁掛爐都是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，都具有同樣的特性。根據(jù)GBl576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》具體的硬度要求根據(jù)單位換算后為≤3mg/L。表1所示，為蘭州市2020年6月份的供水水質(zhì)公示單，公示顯示蘭州當?shù)厮挠捕葹?17mg/L，超過鍋爐水質(zhì)要求的72倍以上。其中包含細菌，氯離子及多種金屬離子。因此蘭州自來水的硬度在北方地區(qū)算中等水平。

表1 蘭州市2020年6月份的供水水質(zhì)統(tǒng)計表

2.自來水作為壁掛爐循環(huán)水長期使用將面臨的問題

通過100臺運行三到五年的壁掛爐的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)沒有處理過的自來水長期在壁掛爐供暖系統(tǒng)運行會大量結(jié)垢，污垢主要由以下三種形式：

（1）水垢。水垢形成是因為北方地區(qū)的水質(zhì)硬度較大，經(jīng)過加熱以后水體中鈣鎂等金屬陽離子會析出附著在壁掛爐換熱器內(nèi)壁上從而形成水垢[2]。

（2）金屬氧化物。金屬氧化物的形成是因為自來水中的溶解氧、消毒殘留的氯離子，對循環(huán)系統(tǒng)中的金屬表面腐蝕形成的。

（3）生物粘泥。生物粘泥形成原因是燃氣壁掛爐循環(huán)水系統(tǒng)為密閉循環(huán)系統(tǒng)，微生物的繁殖比較容易，會產(chǎn)生大量的微生物殘骸與代謝產(chǎn)物，從而積聚形成生物粘泥。

如果上述污垢不徹底清除不但會影響換熱效率，更會發(fā)生二次腐蝕，二次腐蝕主要由于污垢中的三價鐵離子，會和燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)中的鐵、銅等金屬陽離子物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而加速系統(tǒng)腐蝕，造成壁掛爐被過早穿孔影響使用。

3.壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)中的污垢清洗技術(shù)

為使燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)恢復(fù)正常，有必要定期對系統(tǒng)中的污垢進行全面清洗，目前常用的有以下3種清洗方式：

（1）射彈式清洗。射彈式清洗是一種物理清洗方法，是以壓縮空氣為動力，向管道中發(fā)射清洗彈，使清洗彈與管道內(nèi)部產(chǎn)生摩擦，清除內(nèi)壁中的污垢以達到清潔的目的，針對地暖管清洗效果比較好。但這種方法需要拆卸地暖管，施工不便，而且清洗彈有卡在管道中的可能。目前國內(nèi)使用此方法進行清洗的比較少。

（2）物理脈沖清洗。物理脈沖清洗也是一種物理清洗方法，是以壓縮空氣為動力，向管道中打入高速水流來沖刷管道，清除內(nèi)壁中的污垢以達到清潔的目的，是現(xiàn)在市面上使用最多的清洗方法，這種方法雖然簡便但是清洗不夠徹底，很難有效清洗粘附于管壁的污垢[2]，而且需要更多的清洗施工空間，同時對清洗水壓也有嚴格的要求。

（3）清洗劑清洗。利用動力循環(huán)清洗機，搭配含有機酸、緩蝕劑、生物黏泥剝離劑等為主要成份的環(huán)保清洗劑進行清洗，能夠迅速徹底的溶解壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)中的水垢、金屬氧化物、生物黏泥等污垢[4]，且不會腐蝕或傷害壁掛爐系統(tǒng)，清洗過程安全、快速、簡單，洗凈效果極佳，是目前國際上主流的最佳清洗方式[5]。

①燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)雙向循環(huán)清洗機的特點

燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)雙向循環(huán)清洗機是專門為家用燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)的清洗而設(shè)計，同時它還可清洗易結(jié)垢堵塞的冷熱水管、淋浴器、電熱水器、空氣能及太陽能熱水器等家用電器。其優(yōu)點如下：

A.一次清洗中可同時實現(xiàn)化學(xué)和物理清洗的功能，配合清洗劑可實現(xiàn)更快更徹底的清洗，可實現(xiàn)循環(huán)清洗，清洗的同時可以節(jié)水。

B.所有接頭都設(shè)計為快接接頭在實際清洗操作中可實現(xiàn)快速安裝節(jié)省人力，清洗機輕便更易攜帶。

C.節(jié)能環(huán)保，由于可實現(xiàn)循環(huán)清洗，據(jù)測算與同類產(chǎn)品相比節(jié)水率大于40%。

D.動力強勁，獨特的低壓高流速設(shè)計，可對燃氣壁掛爐換熱系統(tǒng)中的壁掛爐、管道、分水器、地暖管及其他外部換熱設(shè)備進行全面的化學(xué)清洗及水沖洗。

E.清洗時可切換為沖洗模式，沖洗模式下可將系統(tǒng)里面的污水排出，充進新鮮的循環(huán)水。

F.在清洗過程中可實時的切換為反方向清洗，實現(xiàn)雙向循環(huán)清洗功能。

G.具有固體污垢沉降和隔離吸附功能，此功能可防止循環(huán)清洗出來的固體污垢再次進入清洗系統(tǒng)，能有效的降低清洗時間并提高清洗效果。

②燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)清洗劑的清洗效果

結(jié)合實驗室清洗案例來驗證壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)清洗劑的清洗效果。

在燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)雙向循環(huán)清洗機中加入配套的清洗劑，并在標準清洗工藝的操作下對燃氣壁掛爐進行全面清洗，通過統(tǒng)計的100家壁掛爐系統(tǒng)清洗的結(jié)果顯示，其綜合洗凈率達到90%以上，現(xiàn)場實際清洗效果，如圖1所示。

圖1 左圖為清洗前壁掛爐部件結(jié)垢圖，右圖為清洗后的效果圖

4.壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)保護劑技術(shù)

壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)的污垢清除干凈后需補加新的循環(huán)水，目前城市生活用水主要是自來水，由于北方地區(qū)自來水的硬度較大，并含有大量的腐蝕物質(zhì)和細菌，為使清洗干凈的壁掛爐系統(tǒng)延長正常運行的時間，通過給壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)水中加入含有緩蝕劑、水質(zhì)軟化劑及抑菌劑的保護劑，能有效阻止自來水中的鈣鎂金屬陽離子析出、循環(huán)水水體中微生物的生長，同時還能有效預(yù)防壁掛爐系統(tǒng)的腐蝕等問題，最大程度的保證了壁掛爐的安全運行系數(shù)和換熱效率，并延長了壁掛爐的使用壽命。

為了驗證燃氣壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)專用保護劑的實際保護效果。分別采集蘭州、西寧及銀川三個北方重要城市的自來水，按照比例加入該保護劑，測算其對金屬的腐蝕率和污垢的形成情況。

（1）蘭州市自來水加入保護劑后的保護效果。將上述100g保護劑倒入干凈的2000mL的玻璃燒杯中，加入蘭州市自來水至1000mL。首先取20#鋼和紫銅腐蝕試片各一片按HG/T 3523的規(guī)定：表面處理干凈，分別準確稱量，紫銅試片質(zhì)量為22.335g，20#鋼質(zhì)量為20.101g，其次分別將20#鋼和紫銅腐蝕試片放入盛有100g保護劑的燒杯中，再將玻璃燒杯放入恒溫水浴中，控制溫度50±2℃靜置30d后，從燒杯中取出兩片試片和新試片，發(fā)現(xiàn)兩片試片表面都光潔如新。最后將試片放入烘箱，60℃條件下干燥5h。冷卻后稱取其重量，紫銅試片質(zhì)量為22.335g，20#鋼質(zhì)量為20.101g。試片的前后重量無明顯變化。上述結(jié)果說明制備的保護劑有效的阻止了自來水水體對金屬的腐蝕。目測實驗水體顏色，發(fā)現(xiàn)實驗水體清澈透明，沒有發(fā)現(xiàn)白色水垢以及生物黏泥，因此該保護劑可有效的阻止蘭州市自來水金屬離子的析出，并阻止了實驗水體中的菌藻繁殖。

（2）西寧市自來水加入保護劑后的保護效果。將100g保護劑倒入干凈的2000mL的玻璃燒杯中并加西寧市自來水至1000mL。取20#鋼和紫銅腐蝕試片各一片按HG/T3523的規(guī)定進行表面處理干凈，分別準確稱量，紫銅試片質(zhì)量為22.189g，20#鋼質(zhì)量為20.036g，然后將紫銅腐蝕試片和20#鋼分別放入盛有上述保護劑的燒杯中，并將裝有試劑和材料的燒杯放入恒溫水浴中，控制溫度45±2℃，靜置30d后，取出上實驗試片進行目測，與實驗前試片對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩片試片表面光潔如新，最后將試片放入烘箱，60℃條件下干燥5h，冷卻后稱取其重量。紫銅試片質(zhì)量為22.189g，20#鋼質(zhì)量為20.036g。試片實驗前后重量無明顯變化，同時，發(fā)現(xiàn)實驗水體顏色清澈透明,沒有白色水垢以及生物黏泥，因此，該公司制備的保護劑可以有效的阻止西寧市自來水金屬離子的析出，并阻止了實驗水體中的菌藻繁殖，能有效的阻止自來水水體對金屬的腐蝕。

（3）銀川市自來水加入保護劑后的保護效果，將上述100g保護劑倒入干凈的2000mL的玻璃燒杯中并加銀川市自來水至1000mL。取20#鋼和紫銅腐蝕試片各一片按HG/T3523的規(guī)定進行表面處理干凈，分別準確稱量，紫銅試片質(zhì)量為22.099g，20#鋼質(zhì)量為20.128g，將紫銅試片和20#鋼分開放入盛有保護劑的燒杯中，玻璃燒杯放入恒溫水浴中，控制溫度55±2℃，靜置30d后，取出兩片試片與實驗前試片對比，發(fā)現(xiàn)該實驗試片表面都光潔如新，最后將試片放入烘箱，60℃條件下干燥5h，冷卻后稱取其重量。紫銅試片質(zhì)量為22.099g，20#鋼質(zhì)量為20.128g。試片試驗前后重量無明顯變化。同時觀察實驗水體顏色，水體清澈透明，未發(fā)現(xiàn)白色水垢以及生物黏泥，因此該制劑可以有效的阻止銀川市自來水金屬離子的析出，并阻止了實驗水體中的菌藻繁殖。該公司制備的保護劑能有效的阻止自來水水體對金屬的腐蝕。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)長期跟蹤顯示，清洗干凈的壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)加入甘肅隴工智能清洗科技有限公司研發(fā)的壁掛爐循環(huán)系統(tǒng)專用保護劑后，正常使用時間從之前的2～3年延長到了3～5年，平均正常使用時間延長1倍以上。

5.總結(jié)與展望

燃氣壁掛爐在我國煤改氣政策及清潔燃氣供應(yīng)量擴大的環(huán)境下，實現(xiàn)了產(chǎn)銷量的大幅增長。存量巨大的壁掛爐在長期使用后因結(jié)垢致使換熱效率急速下降，從而產(chǎn)生了能源浪費和壁掛爐壽命降低的問題，實踐證明壁掛爐系統(tǒng)在經(jīng)過有效的清洗及加注專用保護劑以后就能保持最大的換熱效率，從而極大減少了能源浪費并延長了壁掛爐的使用壽命，在今后清洗方面的應(yīng)用潛力有待進一步發(fā)掘。